电工实验I指导书10.docx
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电工实验I指导书10
实验二 直流电路实验
班级：
姓名：
学号：
桌号：
指导教师签字：
实验日期：
20年月日
一、实验目的
1、验证线性电路叠加原理的正确性，加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。
2、验证戴维南定理的正确性，加深对该定理的理解。
3、掌握测量有源二端网络等效参数的一般方法。
二、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
可调直流稳压电源
0～30V
1
2
可调直流恒流源
0～500mA
1
3
直流数字电压表
0～300V
1
4
直流数字毫安表
0～500mA
1
5
万用表
1
自备
6
可调电阻箱
0～99999.9Ω
1
HE-19
7
电位器
1K/2W
1
HE-11
8
戴维宁定理实验电路板
1
HE-12
9
迭加原理实验电路板
1
HE-12
三、实验内容
（1）叠加定理的验证实验
实验线路如图1所示，用HE-12挂箱的“基尔夫定律/叠加原理”线路。
6V
图1叠加原理的实验线路
1.将两路稳压源的输出分别调节为12V和6V，接入U1和U2处。
2.令U1电源单独作用（将开关K1投向U1侧，开关K2投向短路侧）。
用直流数字电压表和毫安表（接电流插头）测量各支路电流及各电阻元件两端的电压，数据记入表1。
3.令U2电源单独作用（将开关K1投向短路侧，开关K2投向U2侧），重复实验步骤2的测量和记录，数据记入表1。
4.令U1和U2共同作用（开关K1和K2分别投向U1和U2侧），重复上述的测量和记录，数据记入表1。
5.将U2的数值调至＋12V，重复上述第3项的测量并记录，数据记入表1。
表1
测量项目
实验内容
U1
（V）
U2
（V）
I1
（mA）
I2
（mA）
I3
（mA）
UAB
（V）
UCD
（V）
UAD
（V）
UDE
（V）
UFA
（V）
U1单独作用
U2单独作用
U1、U2共同作用
2U2单独作用
（2）戴维南定理的验证
被测有源二端网络如图2（a），即HE-12挂箱中“戴维宁定理/诺顿定理”线路。
图2（a）图2（b）
1、用开路电压、短路电流法测定戴维宁等效电路的Uoc和R0。
在图2（a）中，接入稳压电源Us=12V和恒流源Is=10mA，不接入RL。
利用开关K，分别测定UOc和Isc,并计算出R0。
（测Uoc时，不接入mA表。
）
Uoc（v）
Isc（mA）
R0=Uoc/Isc（Ω）
2、利用开关K，接入可变电阻RL，改变RL值，测其电压和电流值，在坐标纸上画出伏安特性曲线。
U（v）
I（mA）
3、验证戴维宁定理：
从电阻箱上取得按步骤“1”所得的等效电阻R0之值，然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压Uoc之值）相串联，如图2（b）所示，在同一坐标下绘出其伏安特性曲线，对戴氏定理进行验证。
U（v）
I（mA）
四、实验注意事项
1、用电流插头测量各支路电流时，或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性，并应正确判断测得值的＋、－号。
2、注意仪表量程的及时更换。
3、改接线路时，要关掉电源。
4、用万用表直接测R0时，网络内的独立源必须先置零，以免损坏万用表。
其次，欧姆档必须经调零后再进行测量。
五、预习思考题
1、在叠加原理实验中，要令U1、U2分别单独作用，应如何操作？
可否直接将不作用的电源（U1或U2）短接置零？
答：
2、在求戴维南等效电路时，作短路试验，测Isc的条件是什么？
在本实验中可否直接作负载短路实验？
请实验前对线路图2（a）预先作好计算，以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。
答：
六、实验报告
1、根据实验数据表格，进行分析、比较，归纳、总结实验结论，即验证线性电路的叠加性与齐次性。
2、各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算得出？
试用上述实验数据，进行计算并作结论。
3、验证戴维宁定理的正确性，并分析产生误差的原因。
4、心得体会及其他。
实验三RL串联电路及功率因数的提高
班级：
姓名：
学号：
桌号：
指导教师签字：
实验日期：
20年月日
一、实验目的
1.掌握日光灯线路的接线。
图1
3.理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。
二、原理说明
日光灯线路如图1所示，图中A是日光灯管，L是镇流器，S是启辉器，C是补偿电容器，用以改善电路的功率因数（
值）。
工作原理：
灯管在工作时，可以认为是一个电阻负载。
镇流器是一个铁心线圈，可认为是一个电感很大的感性负载。
两者串联构成一个RL串联电路。
当接通电源后，启动器内双金属片与定片间的气隙被击穿，连续发生火花，使双金属片受热伸张而与定片接触，于是灯管的灯丝接通。
灯丝预热而发射电子，这时双金属片逐渐冷却而与定片分开。
镇流器线圈因灯丝突然断开而感应出很高的感应电动势，它和电源电压串联加到灯管的两端，使管内气体电离产生弧光放电而发光。
日光灯发光后，启动器则停止工作。
镇流器起降压镇流作用。
三、实验设备
1
镇流器、启辉器
与30W灯管配用
各1
HE-16
2
日光灯灯管
30W
1
屏内
3
电容器
1μF,2.2μF,4.7μF/500V
各1
HE-16
5
电流插座
3
屏上
四、实验内容
图2
电路功率因数的改善
利用主屏上的电流插座，按图2组成实验线路。
经指导老师检查后，接通实验台电源，将自耦调压器的输出调至220V，记录功率表，电压表读数。
通过一只电流表和三个电流插座分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行重复测量。
电容值
测量数值
（μF）
P（W）
COSφ
U（V）
UL（V）
UA（V）
I（A）
IL（A）
IC（A）
0
0.47
1
2.2
3.2
4.7
五、实验注意事项
1.本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。
2.功率表要正确接入电路，读数时要注意量程和实际读数的折算关系。
3.线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。
六、预习思考题
1.在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时，人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？
（HE-16实验箱上有短接按钮，可用它代替启辉器做一下试验。
）
答：
2.为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？
答：
3.提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？
所并的电容器是否越大越好？
答：
七、实验报告
1.完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。
2.根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。
3.讨论改善电路功率因数的意义和方法。
4.装接日光灯线路的心得体会及其他。
实验四三相电路
班级：
姓名：
学号：
桌号：
指导教师签字：
实验日期：
20年月日
一、实验目的
1.掌握三相负载作星形联接、三角形联接的方法，验证这两种接法下线、相电压及线、相电流之间的关系。
2.充分理解三相四线供电系统中中线的作用。
二、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
交流电流表
0.5/1A
1
2.5/5A
1
2
万用表
MF-30
1
3
灯箱
1
三、实验内容
1.三相负载星形联接（三相四线制供电）
按图1线路组接实验电路。
即三相灯组负载经三相自耦调压器接通三相对称电源。
将三相调压器的旋柄置于输出为0V的位置（即逆时针旋到底）。
经指导教师检查合格后，方可开启实验台电源，然后调节调压器的输出，使输出的三相线电压为220V，并按下述内容完成各项实验，分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、相电流、中线电流、电源与负载中点间的电压。
将所测得的数据记入表1中，并观察各相灯组亮暗的变化程度，特别要注意观察中线的作用。
图1
表1
测量数据
实验内容
（负载情况）
开灯盏数
线电流（A）
线电压（V）
相电压（V）
中线电流I0
（A）
中点电压UN0
（V）
A
相
B
相
C
相
IA
IB
IC
UAB
UBC
UCA
UA0
UB0
UC0
Y0接平衡负载
3
3
3
Y接平衡负载
3
3
3
Y0接不平衡负载
1
2
3
Y接不平衡负载
1
2
3
Y0接B相断开
1
3
Y接B相断开
1
3
2.负载三角形联接（三相三线制供电）
按图2改接线路，经指导教师检查合格后接通三相电源，并调节调压器，使其输出线电压为220V，并按表2的内容进行测试。
图2
表2
测量数据
负载情况
开灯盏数
线电压=相电压（V）
线电流（A）
相电流（A）
A-B相
B-C相
C-A相
UAB
UBC
UCA
IA
IB
IC
IAB
IBC
ICA
三相平衡
3
3
3
三相不平衡
1
2
3
四、实验注意事项
1.本实验采用三相交流市电，线电压为220V，应穿绝缘鞋进实验室。
实验时要注意人身安全，不可触及导电部件，防止意外事故发生。
2.每次接线完毕，同组同学应自查一遍，然后由指导教师检查后，方可接通电源，必须严格遵守先断电、再接线、后通电；先断电、后拆线的实验操作原则。
3.为避免烧坏灯泡，HE-17实验箱内设有过压保护装置。
当任一相电压＞245~250V时，即声光报警并跳闸。
因此，在做Y接不平衡负载或缺相实验时，所加线电压应以最高相电压＜240V为宜。
五、预习思考题
1.三相负载根据什么条件作星形或三角形连接？
答：
2.复习三相交流电路有关内容，试分析三相星形联接不对称负载在无中线情况下，当某相负载开路或短路时会出现什么情况？
如果接上中线，情况又如何？
答：
3.本次实验中为什么要通过三相调压器将380V的市电线电压降为220V的线电压使用？
答：
六、实验报告
1.用实验测得的数据验证对称三相电路中的
关系。
2.用实验数据和观察到的现象，总结三相四线供电系统中中线的作用。
3.不对称三角形联接的负载，能否正常工作？
实验是否能证明这一点？
4.根据不对称负载三角形联接时的相电流值作相量图，并求出线电流值，然后与实验测得的线电流作比较，分析之。
5.心得体会及其他。
实验五一阶电路的方波响应
班级：
姓名：
学号：
桌号：
指导教师签字：
实验日期：
20年月日
一、实验目的
1.测定RC一阶电路的零输入响应、零状态响应及完全响应。
2.学习电路时间常数的测量方法。
3.掌握有关微分电路和积分电路的概念。
4.进一步学会用示波器观测波形。
二、原理说明
1.动态网络的过渡过程是十分短暂的单次变化过程。
要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现。
为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号，即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的下降沿作为零输入响应的负阶跃激励信号。
只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ，那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就和直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的。
2.图1（b）所示的RC一阶电路的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长，其变化的快慢决定于电路的时间常数τ。
3.时间常数τ的测定方法:
用示波器测量零输入响应的波形如图1（a）所示。
根据一阶微分方程的求解得知uc＝Ume-t/RC＝Ume-t/τ。
当t＝τ时，Uc（τ）＝0.368Um。
此时所对应的时间就等于τ。
亦可用零状态响应波形增加到0.632Um所对应的时间测得，如图1（c）所示。
（a）零输入响应（b）RC一阶电路（c）零状态响应
图1
4.微分电路和积分电路是RC一阶电路中较典型的电路，它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求。
一个简单的RC串联电路，在方波序列脉冲的重复激励下，当满足τ＝RC<<
时（T为方波脉冲的重复周期），且由R两端的电压作为响应输出，这就是一个微分电路。
因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的微分成正比。
如图2（a）所示。
利用微分电路可以将方波转变成尖脉冲。
（a）微分电路（b）积分电路
图2
若将图2（a）中的R与C位置调换一下，如图2（b）所示，由C两端的电压作为响应输出。
当电路的参数满足τ＝RC>>
条件时，即称为积分电路。
因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。
利用积分电路可以将方波转变成三角波。
从输入输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用，请在实验过程仔细观察与记录。
三、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
脉冲信号发生器
1
2
双踪示波器
1
3
动态电路实验板
1
HE-14
四、实验内容
实验线路板采用HE-14实验挂箱的“一阶、二阶动态电路”，如图3所示，请认清R、C元件的布局及其标称值，各开关的通断位置等等。
图3动态电路、选频电路实验板
1.从电路板上选R＝10KΩ，C＝6800pF组成如图1（b）所示的RC充放电电路。
u为脉冲信号发生器输出的Um＝3V、f＝1KHz的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线，将激励源u和响应uc的信号分别连至示波器的两个输入口YA和YB。
这时可在示波器的屏幕上观察到激励与响应的变化规律，请测算出时间常数τ，并用方格纸按1:
1的比例描绘波形。
少量地改变电容值或电阻值，定性地观察对响应的影响，记录观察到的现象。
2.令R＝10KΩ，C＝0.1μF，观察并描绘响应的波形，继续增大C之值，定性地观察对响应的影响。
3.令C＝0.01μF，R＝100Ω，组成如图2（a）所示的微分电路。
在同样的方波激励信号（Um＝3V，f＝1KHz）作用下，观测并描绘激励与响应的波形。
增减R之值，定性地观察对响应的影响，并作记录。
当R增至1MΩ时，输入输出波
形有何本质上的区别？
五、实验注意事项
1.调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快、过猛。
实验前，需熟读双踪示波器的使用说明书。
观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮的操作与调节。
2.信号源的接地端与示波器的接地端要连在一起（称共地），以防外界干扰而影响测量的准确性。
3.示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时，应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命。
六、预习思考题
1.什么样的电信号可作为RC一阶电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励信号？
2.已知RC一阶电路R＝10KΩ，C＝0.1μF，试计算时间常数τ，并根据τ值的物理意义，拟定测量τ的方案。
3.何谓积分电路和微分电路，它们必须具备什么条件？
它们在方波序列脉冲的激励下，其输出信号波形的变化规律如何？
这两种电路有何功用？
4.预习要求：
熟读仪器使用说明，回答上述问题，准备方格纸。
七、实验报告
1.根据实验观测结果，在方格纸上绘出RC一阶电路充放电时uc的变化曲线，由曲线测得τ值，并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因。
2.根据实验观测结果，归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征。
3.心得体会及其他
实验六异步电动机的正反转控制
班级：
姓名：
学号：
桌号：
指导教师签字：
实验日期：
20年月日
一、实验目的
1、通过对三相鼠笼式异步电动机正反转控制线路的安装接线，掌握由电气原理图接成实际操作电路的方法。
2、加深对电气控制系统各种保护、自锁、互锁等环节的理解。
3、学会分析、排除继电--接触控制线路故障的方法。
二、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
三相交流电源
220V
2
三相鼠笼式异步电动机
DJ26
1
3
交流接触器
JZC4-40
2
HE-51
4
按钮
3
HE-51
5
热继电器
D9305d
1
HE-51
6
交流电压表
0～450V
1
7
万用电表
1
自备
三、实验内容
图1
认识各电器的结构、图形符号、接线方法；抄录电动机及各电器铭牌数据；并用万用电表Ω档检查各电器线圈、触头是否完好。
鼠笼机接成Δ接法；实验线路电源端接三相自耦调压器输出端U、V、W，供电线电压为220V。
1、接触器联锁的正反转控制线路
按图1接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。
（1）开启控制屏电源总开关，按启动按钮，调节调压器输出，使输出线电压为220V。
（2）按正向起动按钮SB1，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。
（3）按反向起动按钮SB2，观察并记录电动机和接触器的运行情况。
（4）按停止按钮SB3，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。
（5）再按SB2，观察并记录电动机的转向和接触器的运行情况。
（6）实验完毕，按控制屏停止按钮，切断三相交流电源。
2、接触器和按钮双重联锁的正反转控制线路
按图2接线，经指导教师检查后，方可进行通电操作。
图2
（1）按控制屏启动按钮，接通220V三相交流电源。
（2）按正向起动按钮SB1，电动机正向起动，观察电动机的转向及接触器的动作情况。
按停止按钮SB3，使电动机停转。
（3）按反向起动按钮SB2，电动机反向起动，观察电动机的转向及接触器的动作情况。
按停止按钮SB3，使电动机停转。
（4）按正向（或反向）起动按钮，电动机起动后，再去按反向（或正向）起动按钮，观察有何情况发生？
（5）电动机停稳后，同时按正、反向两只起动按钮，观察有何情况发生？
（6）失压与欠压保护
a、按起动按钮SB1（或SB2）电动机起动后，按控制屏停止按钮，断开实验线路三相电源，模拟电动机失压（或零压）状态，观察电动机与接触器的动作情况，随后，再按控制屏上启动按钮，接通三相电源，但不按SB1（或SB2），观察电动机能否自行起动？
b、重新起动电动机后，逐渐减小三相自耦调压器的输出电压，直至接触器释放，观察电动机是否自行停转。
（7）过载保护
打开热继电器的后盖，当电动机起动后，人为地拨动双金属片模拟电动机过载情况，观察电机、电器动作情况。
注意：
此项内容，较难操作且危险，有条件可由指导教师作示范操作。
实验完毕，将自耦调压器调回零位，按控制屏停止按钮，切断实验线路电源。
四、故障分析
1、接通电源后，按起动按钮（SB1或SB2），接触器吸合，但电动机不转，且发出“嗡嗡”声响或电动机能起动，但转速很慢。
这种故障来自主回路，大多是一相断线或电源缺相。
2、接通电源后，按起动按钮（SB1或SB2）,若接触器通断频繁，且发出连续的劈啪声或吸合不牢，发出颤动声，此类故障原因可能是：
（1）线路接错，将接触器线圈与自身的动断触头串在一条回路上了。
（2）自锁触头接触不良，时通时断。
（3）接触器铁心上的短路环脱落或断裂。
（4）电源电压过低或与接触器线圈电压等级不匹配。
五、预习思考题
1、在电动机正、反转控制线路中，为什么必须保证两个接触器不能同时工作？
采用哪些措施可解决此问题，这些方法有何利弊，最佳方案是什么？
答：
2、在控制线路中,短路、过载、失、欠压保护等功能是如何实现的?
在实际运行过程中,这几种保护有何意义?
答：
实验七异步电动机Y－△启动控制
班级：
姓名：
学号：
桌号：
指导教师签字：
实验日期：
20年月日
一、实验目的
1.进一步提高按图接线的能力。
2.了解时间继电器的结构、使用方法、延时时间的调整及在控制系统中的应用。
3.熟悉异步电动机Y－△降压启动控制的运行情况和操作方法。
二、实验设备
序号
名称
型号与规格
数量
备注
1
三相交流电源
220V
1
2
三相鼠笼式异步电动机
DJ26
1
3
交流接触器
JZC4-40
2
HE-51
4
时间继电器
ST3PA-B
1
HE-52
5
按钮
1
HE-51
6
热继电器
D9305d
1
HE-51
7
万用电表
1
自备
三、实验内容
1.时间继电器控制Y－△自动降压启动线路
实验前应了解空气阻尼式时间继电器的结构，并结合HE-52实验箱,认清其电磁线圈和延时动合、动断触头的接线端子。
用手推动时间继电器衔铁模拟继电器通电吸合动作，用万用电表Ω档测量触头的通与断，以此来大致判定触头延时动作的时间。
通过调节进气孔螺钉，即可整定所需的延时时间。
实验线路电源端接自耦调压器输出端（U、V、W）,供电线电压为220V。
（1）按图1线路进行接线，先接主回路后接控制回路。
要求按图示的节点编号从左到右、从上到下，逐行连接。
（2）在不通电的情况下，用万用电表Ω档检查线路连接是否正确，特别注意KM2与KM3两个互锁触头KM3（5-7）与KM2（5-11）是否正确接入。
经指导教师检查后，方可通电
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